Основы Натурфилософии

Ремесленная химия в доантичный и античный периоды

Проблема получения материалов (веществ) с заданными свойствами в практическом плане возникла, видимо, одновременно с человеком, который на протяжении достаточно длительного с точки зрения эволюции времени не столько приспосабливается к окружающей среде, сколько приспосабливает окружающую среду к себе. Важнейшую роль в преобразовании человеком природы играют разного рода химические операции с веществом. Однако начало зарождения ремесленной химии следует в первую очередь связывать, видимо, с появлением и развитием металлургии. В истории Древнего мира традиционно выделяются Медный, Бронзовый и Железный века, в которых основным материалом для изготовления орудий труда и оружия являлись соответственно медь, бронза и железо. Соответственно и в развитии древней металлургии можно выделить следующие основные этапы:

1.  Медь впервые получена выплавкой из руд, видимо, примерно за 9000 лет до н.э. Достоверно известно, что в конце VII тысячелетия до н.э. существовала металлургия меди и свинца. В IV тысячелетии до н.э. уже имело место широкое распространение изделий из меди.

2.  Приблизительно 3000 годом до н.э. датируются первые изделия из оловянной бронзы, сплава меди и олова, значительно более твёрдого, чем медь. Несколько раньше (примерно с V тысячелетия до н.э.) широко распространились изделия из мышьяковистой бронзы – сплава меди с мышьяком. Бронзовый век в истории длился около двух тысяч лет; именно в бронзовом веке зародились крупнейшие цивилизации древности.

3.  Первые изделия из железа неметеоритного происхождения были изготовлены примерно за 2000 лет до н.э. Примерно с середины II тысячелетия до н.э. изделия из железа получили широкое распространение в Малой Азии, несколько позднее – в Греции и Египте. Появление металлургии железа представляло собой  существенный шаг вперёд, поскольку технологически получение железа значительно сложнее выплавки меди или бронзы. Для получения железа необходимо применение дутья – продувания воздуха через горящий древесный уголь, а также использование добавок – флюсов, облегчающих отделение примесей в виде шлаков. Переход к металлургии железа предполагает также существенное усложнение технологии обработки металла после плавки – ковка, науглероживание поверхностного слоя, закалка и т.п. Примерно в IV в. до н.э. в Персии был открыт способ изготовления булатной стали – высокоуглеродистого железа, которому посредством длительной обработки придавались совершенно уникальные пластичность и твёрдость. В раннем средневековье стала известна т.н. дамасская сталь, представляющая собой сравнительно дешёвую подделку под настоящий булат.

В III тысячелетии до н.э. были известны также и способы получения из руд золота и серебра. В середине II тысячелетия до н.э. впервые получена ртуть. Таким образом, в Древнем мире были известны в чистом виде семь металлов: медь, свинец, олово, железо, золото, серебро и ртуть, а в виде сплавов – ещё и мышьяк, цинк и висмут. Достижения металлургов древности стали основой металлургической техники всего средневековья. Сколько-нибудь существенные усовершенствования в старинные методы выплавки металлов, особенно в технику получения железа, были внесены лишь в Новое время.

Помимо металлургии, накопление практических знаний происходило и в других областях химической технологии. Уже в III-м тысячелетии до н.э. помимо известной с древнейших времён терракоты (обожжённой глины) получили широкое распространение изделия из майолики, покрытой слоем обливной глазури, окрашенной оксидами свинца, железа, меди, кобальта. Примерно к тому же времени относятся и первые изделия из стекла, обнаруженные в Месопотамии, Египте и Палестине. Настоящее производство стекла, которое окрашивалось в разные цвета, появилось в Древнем Египте в середине II тысячелетия до н.э. Египетские рецепты, датируемые II-м тысячелетием до н.э., свидетельствуют также и о весьма высоком уровне развития парфюмерного искусства, косметики, технологий крашения тканей и дубления кож, фармации и т.п.

Следует отметить, что в доантичные и ранние античные времена именно Египет являлся общепризнанным лидером в области химической технологии (исключая, пожалуй, металлургию). Весьма важной особенностью ремесленной химии в Древнем Египте являлось то, что все ремёсла находились под эгидой храмов, в которых жрецы тщательно записывали и сохраняли используемые технологии и рецептуры. Наивысшего расцвета химические (как, впрочем, и все прочие) технологии Древнего мира достигли в эллинистическом Египте и императорском Риме. Своеобразной энциклопедией естественнонаучных знаний античности стала 37-томная "Естественная история" Плиния Старшего, содержащая сведения по медицине, минералогии, металлургии, астрономии, физической географии, метеорологии, зоологии, ботанике и прочим разделам естествознания.

Накопление запаса практических сведений и навыков, получение большого числа новых веществ с разнообразными свойствами уже в античные времена не только позволяло, но и требовало сделать некоторые обобщения. Именно в античной философии впервые была поставлена проблема происхождения свойств вещества.

Античная натурфилософия

Первые философские представления о природе вещества и происхождении его свойств зародились практически одновременно в разных цивилизациях около VII века до н.э. В Китае это были Конфуций и Лао Цзы, в Индии – Будда, в Персии – Зороастр (Заратустра), в Греции – философы т.н. Милетской школы.

Все эти натурфилософские учения имеют общие черты:

1.  Космологический подход. Учение о природе вещества и его свойств является частью учения о мироздании в целом, причем свойства вещества с необходимостью следуют из свойств Вселенной.

2.  Дуализм. Важнейшим элементом любого натурфилософского учения является существование пар противоположных мировых начал (Ян – Инь, светлое – тёмное, активное – пассивное, любовь – ненависть и т.п.).

Отличительная особенность греческой натурфилософии – её в значительной степени светский (нерелигиозный) характер. В греческой натурфилософии можно выделить два течения, выделившиеся по способу ответа на вопрос о делимости материи: континуализм и атомизм.

Континуализм исходит из предположения, что материя непрерывна и делима до бесконечности; любая сколь угодно малая часть материи тождественна тому телу, делением которого она получена.

Атомизм утверждает, что материя дискретна и состоит из  множества неделимых частичек –  атомов, – движущихся в пустоте.

Милетская школа натурфилософии и её последователи

Фалес Милетский (ок. 625-547 до н. э.) явился основателем греческой натурфилософии. По мнению Фалеса, поскольку все вещества способны к взаимопревращениям, все они являются проявлениями одного основного вещества – архесомы (элемента). У Фалеса основным веществом является вода. Причина выбора воды – в её всеобщести, поскольку Земля представлялась Фалесу в виде диска, плывущего по бесконечному Океану и накрытого полусферой Неба. При этом сама Земля образована "сгущением" воды.

Учение Фалеса о существовании некоего первоначала всех веществ было воспринято большинством более поздних философов; различие взглядов выражалось лишь в вопросе о том, что является первоначалом.

Анаксимен из Милета (ок. 585-525 до н. э.), опираясь на новые представления о том, что Земля представляет собой шар, окружённый воздухом, утверждал, что первоосновой Вселенной и всех тел (веществ) является именно воздух. Сгущаясь к центру Вселенной, воздух образует воду и землю.

Ксенофан Колофонский (ок 565-473 до н. э.) считал, что первоначалом всех вещей является, напротив, именно земля, находящаяся в центре Вселенной. Из земли и воды произошли все остальные вещи.

Гераклит Эфесский (ок. 540-480 до н. э.) выделял первоначало всех вещей по иному принципу. Поскольку основным свойством Вселенной является постоянное изменение, первосубстанцией должно быть нечто, наделённое способностью к изменению в максимальной степени. Таковой субстанцией, по мнению Гераклита, является огонь – изменчивый и всё изменяющий.

Некоторые философы выражали сомнение в том, что все вещества могут иметь одно-единственное первоначало; появились учения, в которых предполагалось существование нескольких начал (элементов).

Анаксимандр (ок. 610-546 до н. э.) высказал предположение о том, что некая первосубстанция – бесконечная, вечная, объемлющая все миры – предстаёт нам в виде трёх известных основных субстанций – воды, земли и огня. Эти субстанции (стихии) находятся в вечной борьбе, однако некий естественный закон (необходимость) не позволяет одной стихии возобладать над другими. Все вещества (тела) окружающего мира образуются в результате сочетания воды, земли и огня.

Эмпедокл из Агригента (ок. 490-430 до н.э.) довёл число элементов-стихий до четырёх. По Эмпедоклу, вещество образовано смешением земли, воды, воздуха и огня. Элементы Эмпедокла материальны и наделены свойствами филии (любви) и фобии (вражды). Эти две противоположности, присущие всем телам, и приводят материю в движение.

Идею существования четырёх начал всех вещей (элементов) – земли, воды, огня и воздуха – поддерживали и такие великие философы античности, как Пифагор (ок. 570-500 до н. э.) и Платон (428-348 до н. э.).

Физическое учение Платона изложено в диалоге "Тимей". Заимствовав у своих предшественников представление о четырех видах материи (земле, воде, воздухе и огне), он считал их способными ко взаимопревращениям. Эти виды материи, по мнению Платона, являются проявлением единой первичной материи. Частицы разных видов материи представляют собой правильные геометрические тела. Платон объяснял свойства видов материи – твёрдость, плавкость, воздухообразность, огнеобразность – геометрией многогранников. Греческими геометрами было доказано, что существует лишь пять правильных многогранников: тетраэдр, октаэдр, куб, икосаэдр и додекаэдр. Поскольку из существующих видов материи самым устойчивым и наименее подвижным является Земля, то ей соответствует четырехугольная плоскость куба (в) как наиболее обеспечивающая эту устойчивость. Свойство других видов материи обеспечиваются соответствующими многогранниками: огню соответствует тетраэдр (а), воде – октаэдр (б), воздуху – икосаэдр (г). Поскольку не было элемента, соответствующего додекаэдру (д), Платон высказал идею, что существует еще пятый элемент, который бог использовал, чтобы создать небесные тела.

Платоновы тела в некотором отношении можно сравнить с атомами, однако Платон категорически отрицал их неделимость. Элементы, по мнению Платона, представлены числами, которые находятся в постоянной пропорции, т.е. огонь относится воздуху, как воздух к воде и как вода к земле.

Данная картина перекликалась с идеями Пифагора, развившего идею объяснения явлений реальности на основе математической закономерности. Однако у Пифагора опытное познание в области физических явлений подменялось мистикой чисел; идеалом познания для него и его последователей было пассивное созерцание, а не активный эксперимент. Вместе с тем для развития физических концепций была чрезвычайно важна установленная пифагорейцами возможность операций с физическими величинами путём сведения их к мере и числу.

Учение Аристотеля

До логического совершенства систему четырёх стихий довёл один из величайших мыслителей античности – Аристотель из Стагиры (384-322 до н. э.). По мнению Аристотеля, четыре известные стихии не материальны, а являются лишь различными проявлениями (состояниями) первоматерии. Первоматерия предстаёт человеку, проявляя одновременно два из двух пар противоположных свойств – холода или тепла и влажности или сухости:

Тепло + сухость = огонь        Тепло + влажность = воздух
 
Холод + сухость = земля         Холод + влажность = вода

Две пары противоположных элементов, являющихся носителями двух противоположных пар качеств, могут быть представлены графически в виде т.н. квадрата противоположностей:

В результате соединения элементов в различных сочетаниях возможно образование сложных тел с различными свойствами. Образование нового тела (с иным сочетанием элементов) возможно, по Аристотелю, в результате миксиса – истинного смешивания (в отличие от механического). Важным моментом в учении Аристотеля является способность элементов к взаимопревращению. Это возможно, поскольку каждый элемент представляет собой лишь одно из состояний единой первоматерии (определённое сочетание качеств). Положение о возможности превращения одного элемента в другой стало позднее основой алхимической идеи о возможности взаимных превращений металлов (трансмутации).

Ещё одним моментом в учении Аристотеля является сделанное им предположение о существовании пятого элемента (по латыни quinta essentia; эфир или начало движения), из которого состоят небесные тела.  Поскольку небесам присущи вечность и совершенство, они не могут быть образованы теми же элементами, что и земные тела (тела "подлунного мира").

По мнению Аристотеля, Вселенная и Разум подчинены одним и тем же законам. Поэтому учение Аристотеля построено в точном соответствии с законами формальной логики, созданием которой человечество также обязано ему (именно в формальной логике Аристотеля впервые использован упомянутый выше квадрат противоположностей). Система Аристотеля имеет чрезвычайно важное с точки зрения натурфилософии достоинство – она внутренне непротиворечива, т.е. ни одно из следствий не находится в противоречии с исходными посылками. Поскольку в спорах античных философских школ именно логика являлась главным инструментом (эмпирические данные использовались натурфилософами лишь в качестве иллюстрации), учение Аристотеля со временем заслужило широкое признание. Особенно популярным оно стало у арабов и в средневековой Европе. Несомненной заслугой Аристотеля было создание рациональной, всеобъемлющей, целостной, упорядоченной на основе его логики системы знаний, оказавшей огромное влияние на развитие позднейшей философской мысли.

Устройство Вселенной по Птолемею (средневековый рисунок)

В целом космология последователей Аристотеля, который, в отличие от Анаксимандра, считал Вселенную конечной, может быть представлена следующим образом. Вокруг центра Вселенной (центра Земли) расположены последовательно сферы четырёх элементов в порядке уменьшения их тяжести – земли, воды, воздуха и огня. Далее следуют планеты, обращающиеся вокруг Земли, в следующем порядке: Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн. За орбитами планет расположена сфера неподвижных звёзд. Движение планет по небосводу достаточно точно описывалось разработанной около 150 г. н. э. геоцентрической системой Клавдия Птолемея (ок. 90-160), у которого в силу совершенства небес орбиты обращения планет вокруг Земли являлись правильными окружностями (вследствие чего пришлось вводить систему эпициклов). Нетрудно, кстати, заметить здесь несомненные аналогии с современным взглядом на строение Земли: литосфера, гидросфера, атмосфера и магнитосфера – не что иное, как сфера земли, сфера воды, сфера воздуха и сфера огня в системах Эмпедокла, Платона, Пифагора и Аристотеля. Четыре стихии античных натурфилософов можно счесть также прообразом четырёх агрегатных состояний вещества – твёрдого, жидкого, газообразного и плазменного.

Следует отметить, что в античные времена Платон считался более значительным философом, чем Аристотель. Однако в средневековой философии авторитет Аристотеля был совершенно непререкаемым, и в развитии химии натурфилософия Аристотеля – по выражению Бертрана Рассела, "система Платона, разбавленная здравым смыслом" – сыграла важнейшую роль. Значительную, хотя и не главную роль в поддержании многовекового господства учения Аристотеля сыграл и тот факт, что именно оно было выбрано в качестве натурфилософии христианской церковью.

Античный атомизм

Способность материи к бесконечному делению отвергалась представителями атомистической традиции в греческой натурфилософии. Основоположником атомизма можно считать ионийского философа Левкиппа (ок. 500-440 до н. э.), утверждавшего, что существует предел деления – настолько малая частица, что её дальнейшее деление невозможно. Демокрит из Абдеры (ок. 460-370 до н. э.) назвал эти неделимые, вечные, абсолютно прочные частицы ατομοσ – неделимые. "Нет ничего, кроме атомов, вечно движущихся в бесконечной пустоте" – этот тезис Демокрита лёг в основу античного атомизма. Все изложенные выше концепции категорически отрицали возможность существования пустоты. Наличие пустоты (вакуума) было необходимо для существования движения, ибо в заполненном мире вещам двигаться некуда – данный принцип утверждался Парменидом и обосновывался Зеноном Элейским (V в. до н. э.). Кроме пустоты, для атомистической концепции характерно также признание принципов сохранения материи (ничто не может возникнуть из ничего) и сохранения форм материи (природа все разлагает на тела и в ничто ничего не переводит, т.е. в природе повторяются постоянно одни и те же формы материи). Левкипп и Демокрит исходили из принципа детерминизма: ничто не возникает из ничего, а все – из определенной причины и необходимости. Они не дали, однако, никакого объяснения происхождения и причины первого толчка, вызывающего первоначальное движение атомов.

Основными характеристиками атомов, по мнению Демокрита, являются размер, форма и весомость; число форм атомов бесконечно. Соединяясь между собой в различных сочетаниях, атомы материи образуют новые вещества с различными свойствами. Сами атомы в соединениях сохраняют свою индивидуальность.

Одной из принципиальных слабостей философского атомизма, проявившейся уже у Демокрита, стал вопрос о способе соединения атомов. Демокрит предполагал, что способность атомов к соединению обусловлена особенностями их формы и размера – наличием у атомов выступов, углублений, зубцов, крючков и пр. Однако эти положения Демокрита критиковали даже его последователи – Эпикур (341-270 до н. э.) утверждал, что "не может быть ни крючкообразных, ни трезубцеобразных… атомов; все эти формы весьма хрупки… Крючки и углы… смогут быть оторваны…". Впрочем, Эпикур также не смог предложить ничего лучше маленьких отростков, посредством которых атомы переплетаются. Важным изменением, внесённым в античный атомизм Эпикуром, явилось утверждение об ограниченности числа форм атомов – это число, по его мнению, неопределённо велико, но конечно.

В античном мире число сторонников атомистической концепции было невелико, поскольку в философских спорах (а именно логические доказательства в дискуссии считались критерием истины) позиция атомистов была проигрышной, не в последнюю очередь благодаря вопросу о соединении атомов. Следует отметить, что труды античных атомистов утрачены практически целиком – от Демокрита и Эпикура остались лишь отрывки и цитаты, причём чаще всего – в работах их оппонентов. Практически единственное полностью сохранившееся сочинение – это дидактическая поэма "De Rerum Natura" ("О природе вещей"), излагающая воззрения Демокрита и Эпикура, которую написал римский поэт Тит Лукреций Кар (95-55 до н. э.).

Общие черты античной натурфилософии

Несмотря на принципиальные различия континуализма и атомизма в объяснении разнообразия веществ,  все античные натурфилософские школы имели известную общность подхода: в любом случае многообразие свойств считалось случайным проявление субстанции – неких абсолютных начал, хотя бы и дискретных.

В качестве основных черт натурфилософии можно отметить следующее:

1.  Умозрительность. Всякая античная натурфилософская концепция представляет собой абстракцию (порой гениальную), лишённую каких-либо эмпирических основ. Чувственные данные всегда используются лишь как иллюстрация для умозаключений.

2.  Дедукция (рассуждение от общего к частному). Всякая античная натурфилософская концепция претендует на всеобщее объяснение устройства Вселенной; свойства вещества логически вытекают из свойств Вселенной.

3.  Выбор первоматерии (субстанции) в качестве объекта изучения.

Fr.Ardentus написал(а):

Основными характеристиками атомов, по мнению Демокрита, являются размер, форма и весомость; число форм атомов бесконечно.

margo написал(а):

Fr.Ardentus написал(а):

Основными характеристиками атомов, по мнению Демокрита, являются размер, форма и весомость; число форм атомов бесконечно.

В этом отличие атомистики древних от атомистики современных.
Атом -- частица неделимая далее. Возьмем графит и алмаз. И получим из них нанопорошки. Дойдем до того предела измельчения, дальше которого вещества (графит и алмаз) не могут уже измельчаться.
И что мы будем иметь? Атом углерода С в Таблице Менделеева?
Или две частицы, имеющие размерность и вес, неделимые далее, но две частицы совершенно разных веществ: "атом" алмаза и "атом" графита?

Прикладная натуральная философия и физика (химия), начиная с этого момента развиваются далее по возрастающему градиенту двух убегающих друг от друга тропинок. Одна из которых ведет к выделению Соли материи и к славному Небесному Граду, а другая ведет в Женеву, к Большому Адронному Коллайдеру, где хотят найти частицу Бога, но, ставлю на все сто пицот процентов что найдут большую и неприятную всему миру Ж.

В отличии от атома С в ТМ, древние под атомом понимали материю, которую можно воспринимать чувственно, то есть видеть, осязать, обонять, держать в руке рассыпуху этих неделимых далее.

Интуиция исследователя нам должна здесь подсказать кое что интересное в плане практики.